Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Frank White - Mecânica dos Fluidos- Ed: 6º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 98
98 – As turbinas Francis e Kaplan são muitas vezes equipadas com tubos de sucção, que conduzem o escoamento de saída para a região a jusante, como na Figura P11.98. Explique pelo menos duas vantagens dos tubos de sucção.
Passo 1
Essa é uma questão que para resolvê-la você deve analisar como a turbina funciona. Então vou te falar um pouco do que eu sei sobre turbinas.
Uma turbina é uma máquina de fluxo que remove energia de um fluido em escoamento, para gerar potência de eixo. O fluido entra na turbina com uma certa quantidade de energia de pressão, e com a geometria mecânica da turbina o fluido transmite parte dessa energia para a turbina. Dependendo de como a turbina é projetada essa parte da energia do fluido transmitida pode ser alta ou pode ser baixa. Quanto melhor for o projeto mecânico, melhor será o rendimento da turbina, ou seja, maior será a quantidade de energia que a turbina vai remover do fluido para gerar potência de eixo. Também quanto melhor o projeto da turbina, melhor é o desempenho mecânico.
Assim vamos analisar esses tubos de sucção em relação ao rendimento e desempenho da turbina.
Passo 2
A primeira vantagem que os tubos de sucção proporcionam a operação da turbina é que com a implementação destes dispositivos numa operação com turbina, esta máquina de fluxo terá um maior rendimento em relação a quantidade de potência hidráulica que conseguirá remover do fluido. Isso é devido ao fato de que com um tubo de sucção, o fluido perde menos energia de pressão ao sair do tubo que conecta a entrada da turbina, assim o fluido entra na turbina com uma pressão mais elevada, ou seja, uma maior potência hidráulica do que entraria se não houvesse os tubos de sucção.
Resumindo, o fluido fornece mais potência a turbina e consequentemente a turbina consegue gerar uma potência de eixo maior e assim obter um maior rendimento.
Passo 3
A outra vantagem é em relação a cavitação da turbina.
Relembrando que cavitação é o fenômeno que ocorre devido a vaporização parcial do fluido, onde essa parte vaporizada se torna bolhas de vapor e essas bolhas de vapor dentro da turbina acabam implodindo causando danos mecânicos ao equipamento, como erosões.
Então, como foi dito, os tubos de sucção permitem que o fluido entre como uma maior pressão na turbina, e com isso o fluido acaba saindo com uma maior pressão na saída da turbina o que reduz a possibilidade do fluido se vaporizar dentro da turbina, e portanto, a menor é a possibilidade de ocorrer cavitação da turbina.
Resposta
1 – Os tubos de sucção reduzem a perda de energia do fluido na saída do tubo que conecta a turbina, assim mais energia do fluido é convertida em potência de eixo gerada pela turbina, e maior é o rendimento da turbina.
2 – Reduz a possibilidade da turbina cavitar.